Un element clau de la mobilitat dels dispositius electrònics és la bateria recarregable (ACB). Les demandes creixents per garantir la seva autonomia més llarga estimulen la recerca contínua en aquest àmbit i condueixen a l'aparició de noves solucions tecnològiques.
Les bateries de níquel-cadmi (Ni-Cd) i hidrur de níquel-metall (Ni-MH) àmpliament utilitzades tenen una alternativa: primer bateries de liti, i després bateries d'ió de liti (Li-ion) més avançades.
Contingut
Història de l'aparició
Les primeres bateries d'aquest tipus van aparèixer als anys 70. segle passat. Immediatament van guanyar demanda a causa de les característiques més avançades. L'ànode dels elements estava fet de liti metàl·lic, les propietats del qual permetien augmentar l'energia específica. Així van néixer les bateries de liti.
Les noves bateries tenien un inconvenient important: un major risc d'explosió i ignició.El motiu rau en la formació d'una pel·lícula de liti a la superfície de l'elèctrode, que va provocar una violació de l'estabilitat de la temperatura. En el moment de càrrega màxima, la bateria podria explotar.
El perfeccionament de la tecnologia ha portat a l'abandonament del liti pur en els components de la bateria a favor d'utilitzar els seus ions carregats positivament. La bateria d'ions de liti va resultar ser una bona solució.
Aquest tipus de bateria d'ions es caracteritza per una major seguretat, que s'obté a costa d'una lleugera disminució de la densitat d'energia, però el progrés tecnològic constant ha permès reduir al mínim la pèrdua d'aquest indicador.
Dispositiu
La introducció de bateries d'ions de liti a la indústria de l'electrònica de consum va rebre un gran avenç després del desenvolupament d'una bateria amb un càtode de material de carboni (grafit) i un ànode d'òxid de cobalt.
En el procés de descàrrega de la bateria, els ions de liti s'eliminen del material del càtode i s'inclouen a l'òxid de cobalt de l'elèctrode oposat; quan es carrega, el procés continua en la direcció oposada. Així, els ions de liti creen un corrent elèctric, movent-se d'un elèctrode a un altre.
Les bateries Li-Ion es produeixen en versions cilíndriques i prismàtiques. En una estructura cilíndrica, dues cintes d'elèctrodes plans, separades per un material impregnat d'electròlits, s'enrotllen i es col·loquen en una caixa metàl·lica segellada. El material del càtode es diposita sobre paper d'alumini i el material de l'ànode es diposita sobre paper de coure.
Un disseny de bateria prismàtica s'obté apilant plaques rectangulars unes sobre les altres. Aquesta forma de la bateria permet fer més densa la disposició del dispositiu electrònic. També es produeixen bateries prismàtiques amb elèctrodes enrotllats retorçats en espiral.
Funcionament i vida útil
El funcionament llarg, complet i segur de les bateries d'ió de liti és possible si s'observen les regles de funcionament, descuidar-les no només escurçarà la vida útil del producte, sinó que pot tenir conseqüències negatives.
Explotació
El requisit clau per al funcionament de les bateries d'ió de liti es refereix a la temperatura; no s'ha de permetre el sobreescalfament. Les altes temperatures poden causar un dany màxim, i la causa del sobreescalfament pot ser tant una font externa com modes estressants de càrrega i descàrrega de la bateria.
Per exemple, l'escalfament fins a 45 °C provoca una disminució de la capacitat de mantenir la càrrega de la bateria dues vegades. Aquesta temperatura s'aconsegueix fàcilment quan el dispositiu està exposat al sol durant molt de temps o quan s'executen aplicacions que consumeixen molta energia.
Si el producte es sobreescalfa, es recomana col·locar-lo en un lloc fresc, és millor apagar-lo i treure la bateria.
Per obtenir el millor rendiment de la bateria a la calor estival, hauríeu d'utilitzar el mode d'estalvi d'energia, que està disponible a la majoria de dispositius mòbils.
Les baixes temperatures també tenen un efecte negatiu en les bateries d'ions; a temperatures inferiors a -4 °C, la bateria ja no pot oferir tota la potència.
Però el fred no és tan perjudicial per a les bateries d'ions de liti com les altes temperatures i, sovint, no causa danys permanents. Malgrat que després d'escalfar a temperatura ambient, les propietats de funcionament de la bateria es recuperen completament, no us heu d'oblidar de la disminució de la capacitat al fred.
Una altra recomanació per a l'ús de bateries Li-Ion és evitar que es descarreguin profundament. Moltes bateries de generació més antiga tenien un efecte de memòria que requeria que es descarreguessin a zero i després es carreguessin completament.Les bateries Li-Ion no tenen aquest efecte, i els casos aïllats de descàrrega completa no tenen conseqüències negatives, però la descàrrega profunda constant és perjudicial. Es recomana connectar el carregador quan el nivell de càrrega sigui del 30%.
Tota una vida
El funcionament inadequat de les bateries d'ions de liti pot reduir la seva vida útil entre 10 i 12 vegades. Aquest període depèn directament del nombre de cicles de càrrega. Es creu que les bateries tipus Li-Ion poden suportar entre 500 i 1000 cicles, tenint en compte la descàrrega total. Un percentatge més alt de càrrega restant abans de la següent càrrega augmenta significativament la durada de la bateria.
Atès que la durada de la vida de la bateria d'ions de liti està determinada en gran mesura per les condicions de funcionament, és impossible donar una vida útil exacta per a aquestes bateries. De mitjana, es pot esperar que una bateria d'aquest tipus duri entre 7 i 10 anys si se segueix la normativa requerida.
Procés de càrrega
Durant la càrrega, eviteu la connexió excessivament llarga de la bateria al carregador. El funcionament normal d'una bateria d'ions de liti té lloc a una tensió que no supera els 3,6 V. Els carregadors subministren 4,2 V a l'entrada de la bateria durant la càrrega. Si se supera el temps de càrrega, poden començar reaccions electroquímiques no desitjades a la bateria, que provocarà un sobreescalfament. amb totes les conseqüències derivades.
Els desenvolupadors van tenir en compte aquesta característica: la seguretat de la càrrega de les bateries modernes d'ions de liti està controlada per un dispositiu especial integrat que atura el procés de càrrega quan la tensió augmenta per sobre del nivell permès.
Per a les bateries de liti, el mètode de càrrega en dues etapes és correcte.En la primera etapa, la bateria s'ha de carregar, proporcionant un corrent de càrrega constant, la segona etapa s'ha de dur a terme amb una tensió constant i una disminució gradual del corrent de càrrega. Aquest algorisme s'implementa al maquinari de la majoria de carregadors domèstics.
Emmagatzematge i eliminació
Una bateria d'ió de liti es pot emmagatzemar durant molt de temps, l'autodescàrrega és del 10 al 20% anual. Però, al mateix temps, es produeix una disminució gradual de les característiques del producte (degradació).
Es recomana emmagatzemar aquestes bateries en un lloc protegit de la humitat, a una temperatura de +5 ... + 25 ° С. Les vibracions fortes, els impactes i la proximitat a una flama oberta són inacceptables.
El procés de reciclatge de cèl·lules d'ions de liti s'ha de dur a terme en empreses especialitzades que tinguin la llicència corresponent. Al voltant del 80% dels materials de les piles reciclades es poden reutilitzar en la fabricació de piles noves.
Seguretat
Una bateria d'ions de liti, fins i tot de mida en miniatura, està plena de risc de combustió espontània explosiva. Aquesta característica d'aquest tipus de bateries requereix el compliment de mesures de seguretat en totes les etapes, des del desenvolupament fins a la producció i l'emmagatzematge.
Per millorar la seguretat de les bateries d'ions de liti durant la fabricació, s'hi col·loca una petita placa electrònica al seu estoig: un sistema de monitorització i control dissenyat per eliminar les sobrecàrregues i el sobreescalfament. Un mecanisme electrònic augmenta la resistència del circuit quan la temperatura augmenta per sobre d'un límit predeterminat. Alguns models de bateries tenen un interruptor mecànic integrat que trenca el circuit quan augmenta la pressió dins de la bateria.
A més, sovint s'instal·la una vàlvula de seguretat a les caixes de bateries per alleujar la pressió en cas d'emergència.
Pros i contres de les bateries de liti
Els avantatges d'aquest tipus de bateria són:
- alta densitat d'energia;
- cap efecte de memòria;
- llarga vida útil;
- baixa taxa d'autodescàrrega;
- sense necessitat de manteniment;
- garantint paràmetres de funcionament constants en un rang de temperatures relativament ampli.
Té una bateria de liti i els seus desavantatges són:
- risc de combustió espontània;
- cost més elevat que els seus predecessors;
- la necessitat d'un controlador integrat;
- indesitjable descàrrega profunda.
Les tecnologies per a la producció de bateries Li-Ion es milloren constantment, moltes mancances s'estan convertint gradualment en una cosa del passat.
Àrea d'aplicació
L'alta densitat d'energia de les bateries d'ions de liti determina la seva àrea principal d'aplicació: dispositius electrònics mòbils: ordinadors portàtils, tauletes, telèfons intel·ligents, càmeres de vídeo, càmeres, sistemes de navegació, diversos sensors integrats i una sèrie d'altres productes.
L'existència d'un factor de forma cilíndric d'aquestes bateries permet utilitzar-les en llanternes, telèfons fixos i altres dispositius que abans consumien energia de piles d'un sol ús.
El principi d'ions de liti per construir una bateria té diverses varietats, els tipus difereixen pel tipus de materials utilitzats (liti-cobalt, liti-manganès, liti-níquel-manganès-òxid de cobalt, etc.). Cadascun d'ells té el seu propi abast.
A més de l'electrònica mòbil, s'utilitza un grup de bateries d'ions de liti en les àrees següents:
- eines elèctriques de mà;
- equip mèdic portàtil;
- fonts d'alimentació ininterrompuda;
- sistemes de seguretat;
- mòduls d'il·luminació d'emergència;
- estacions d'energia solar;
- vehicles elèctrics i bicicletes elèctriques.
Tenint en compte la millora constant de la tecnologia d'ions de liti i l'èxit en la creació de bateries d'alta capacitat amb mides petites, és possible predir l'expansió de les aplicacions d'aquestes bateries.
Marcatge
Els paràmetres de les bateries d'ions de liti estan impresos al cos del producte, mentre que la codificació utilitzada pot diferir significativament per a diferents mides. Encara no s'ha desenvolupat un únic estàndard d'etiquetatge de bateries per a tots els fabricants, però encara és possible esbrinar els paràmetres més importants pel vostre compte.
Les lletres de la línia de marcatge indiquen el tipus de cèl·lula i els materials utilitzats: la primera lletra I significa tecnologia d'ions de liti, la lletra següent (C, M, F o N) especifica la composició química, la tercera lletra R significa que la la cèl·lula és recarregable (Recarregable).
Els números del nom de la mida indiquen la mida de la bateria en mil·límetres: els dos primers números són el diàmetre i els altres dos són la longitud. Per exemple, 18650 indica un diàmetre de 18 mm i una longitud de 65 mm, 0 indica un factor de forma cilíndrica.
Les últimes lletres i números de la sèrie són les marques de contenidors específiques de cada fabricant. Tampoc hi ha estàndards uniformes per indicar la data de fabricació.
